某核電站廠房樓板裂縫引發(fā)的思考

王洪良

1 概況

在巴基斯坦某核電站施工期間,發(fā)現(xiàn)核島廠房某些部位房間樓面出現(xiàn)較多的裂縫,在施工后期發(fā)現(xiàn)較多。多數(shù)裂縫寬度小于0.2 mm,少數(shù)大于0.2 mm,部分為通縫,可以滲水下來?，F(xiàn)場對裂縫均作灌漿處理。核島廠房概況：廠房建在砂土地基上,大筏板基礎(chǔ),地上4層～5層,地下2層,為混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。由于核電站有抗震要求,墻體厚度為600 mm～800 mm,樓板厚度多為300 mm,房間也比較寬大,層高6 m左右,屬于比較高大的混凝土結(jié)構(gòu)。廠房外輪廓尺寸近似為86 m正方形,中間有36 m直徑挖空的圓形,留給圓柱形的安全殼廠房空間用伸縮縫隔開,僅在大底板相連。裂縫出現(xiàn)的位置沒有規(guī)律,有的在中間房間,有的在角部。在2層處有一批,4層也有。施工單位把樓面分塊施工,留有施工縫?；炷翉?qiáng)度都沒有問題。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生原因的思考

從理論上說,混凝土結(jié)構(gòu)尤其是受彎構(gòu)件總是帶裂縫工作的,在使用荷載不大的情況下,沒有裂縫或這類結(jié)構(gòu)性裂縫非常細(xì)微,不易為肉眼所察覺。但混凝土結(jié)構(gòu)在非設(shè)計(jì)受力狀態(tài)下,也會出現(xiàn)裂縫。這種裂縫的原因很復(fù)雜,主要有材料或氣候因素、施工不當(dāng)、設(shè)計(jì)和施工錯誤、改變使用功能或使用不合理等,需要具體分析。

水泥、砂、石等材料質(zhì)量問題會引起裂縫。本核電站的施工單位是國內(nèi)專業(yè)施工核電站的施工企業(yè),有專門的實(shí)驗(yàn)室與混凝土泵站,試塊強(qiáng)度都達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,建材上應(yīng)該沒有問題,可以排除水泥、砂、石等材料質(zhì)量問題引起裂縫的可能。裂縫產(chǎn)生應(yīng)與施工工藝有關(guān)。

混凝土產(chǎn)生裂縫與混凝土本身材料性質(zhì)有關(guān)：1)混凝土在硬化的過程中,由于干縮引起的體積變形受到約束時(shí),會產(chǎn)生裂縫。如果采取措施不當(dāng),這種裂縫的寬度有時(shí)會很大,甚至?xí)灤┱麄€構(gòu)件。2)當(dāng)混凝土構(gòu)件有約束時(shí),混凝土熱脹冷縮所產(chǎn)生的體積脹縮因?yàn)槭艿郊s束力的限制,在內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應(yīng)力。由于混凝土抗拉強(qiáng)度較低,容易被溫度引起的拉應(yīng)力拉裂,從而產(chǎn)生溫度裂縫(由于太陽曝曬產(chǎn)生裂縫是工程中最常見的現(xiàn)象)。以上“干縮”與“溫度應(yīng)力”兩種不良影響,是產(chǎn)生裂縫的基本根源,應(yīng)在設(shè)計(jì)與施工中注意。

在本工程中,樓板產(chǎn)生裂縫的原因可能有如下幾條：1)核島廠房長度應(yīng)屬于超長結(jié)構(gòu),由于軟土地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的特殊性,要求廠房中間不設(shè)置伸縮縫。設(shè)計(jì)方在截面設(shè)計(jì),鋼筋配置上都做了加強(qiáng)措施,來保證抵抗收縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力。廠房的樓板有300 mm厚,墻體有600 mm～800 mm厚,都是比較強(qiáng)的截面。但這也不可避免截面中非荷載引起的應(yīng)力在施工期間已存在,所以對施工方提出了較高的要求。2)核島廠房是剪力墻結(jié)構(gòu),所有墻體都是混凝土墻。墻體多數(shù)不是通長的,中間有門洞或二次澆筑的設(shè)備孔打斷,混凝土的收縮沒有使墻體上出現(xiàn)裂縫。但樓板有多數(shù)層面上是連續(xù)的,由于墻體厚度大于樓板,剛度也較大,相對于樓板就是固定支座,限制了樓板的混凝土自由收縮,所以樓板較墻體更容易出現(xiàn)裂縫。3)巴基斯坦夏季地面溫度較高,氣候干燥,時(shí)常有大風(fēng)、沙塵暴天氣。在此時(shí)澆筑的混凝土,如果沒有采用適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措施,混凝土尚處于未完全硬化狀態(tài),干燥過快,則會產(chǎn)生收縮裂縫,通常發(fā)生在表面,裂縫不規(guī)則,寬度小。另外水泥在水化及硬化過程中,散發(fā)大量熱量,使混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生溫差,超過一定值時(shí),因混凝土的收縮不一致而產(chǎn)生裂縫。4)由于早期施工混凝土部分批次使用過早強(qiáng)劑,加大了混凝土干縮,使該階段樓板裂縫較多。5)混凝土配合比可能使用不當(dāng)。設(shè)計(jì)為C30的混凝土,試驗(yàn)出的混凝土試塊都超過了C40的強(qiáng)度,說明水泥用量偏大?？梢赃m當(dāng)減少水泥量,以減少混凝土凝固時(shí)的干縮裂縫。6)巴國的水泥與國內(nèi)常用的硅酸鹽水泥存在差異。國內(nèi)施工規(guī)范混凝土收縮的計(jì)算數(shù)據(jù)不能用。施工方應(yīng)針對當(dāng)?shù)夭少徦鄬?shí)際測定收縮量,對施工混凝土配合比有所調(diào)整,以減少干縮。7)整個核島廠房在砂土地基上,到主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束,在兩個對角線上已存在30 mm的沉降差,會對相對比較薄弱的樓板產(chǎn)生附加應(yīng)力。在應(yīng)力集中處,可能會出現(xiàn)裂縫。

3 避免混凝土裂縫產(chǎn)生的措施

現(xiàn)場出現(xiàn)的裂縫都是較小的,大多數(shù)不需要處理。有少數(shù)較大的裂縫,在灌漿處理后,對結(jié)構(gòu)安全是沒有影響的。但出現(xiàn)裂縫總不是好事。針對以上潛在的原因,可以采取相應(yīng)措施,以避免裂縫產(chǎn)生：1)由于結(jié)構(gòu)沉降控制要求,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方不允許使用后澆帶,因此合理設(shè)置施工縫就顯得非常重要。施工方把樓面分四塊施工,只消除了部分初期干縮的影響。建議在四塊施工區(qū)域交接處的房間樓板改為后期澆筑。該房間樓板配筋可按簡支計(jì)算,在600 mm～800 mm厚墻中部設(shè)置樓板施工縫。待四塊區(qū)域樓板混凝土強(qiáng)度較高,收縮到位時(shí),再澆筑房間的樓板,這樣,縫在墻中間,上層墻體施工時(shí)又可覆蓋和灌實(shí)該縫。2)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作。在溫度較高的夏季,要注意新施工混凝土的保水。在溫差較大的秋冬季,要注意保溫工作,盡量避免在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中出現(xiàn)不良的裂縫。養(yǎng)護(hù)期中是混凝土最薄弱的時(shí)期。核電站的混凝土設(shè)計(jì)富余度還是比較大的,只要混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,后期是不會出現(xiàn)裂縫的。3)關(guān)于混凝土配合比,使用混凝土外加劑,水泥用量等,應(yīng)避免追求高強(qiáng)度?？刂苹炷恋氖湛s也是重要的指標(biāo),應(yīng)使用恰當(dāng)?shù)幕炷僚浜媳?。另?應(yīng)熟悉國外水泥的性能,加強(qiáng)配制混凝土質(zhì)量的一致性。

希望經(jīng)過核電站所有參與者的共同努力,避免細(xì)小的混凝土裂縫的產(chǎn)生,做到核電站結(jié)構(gòu)的零缺陷。這也是工程設(shè)計(jì)與施工人員共同的目標(biāo)。

[1] 楊焱琦,肖明輝.鋼筋混凝土現(xiàn)澆板裂縫產(chǎn)生的原因和防治措施[J].山西建筑,2008,34(2)：174-175.